充電電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種充電電路，其包括：輸出電路、電流采樣電路和負(fù)反饋控制電路。所述輸出電路包括功率開關(guān)、二極管D1、輸出電感L1和輸出電感C2。所述電流采樣電路用于采樣流過所述功率開關(guān)的電流，并進(jìn)行平均得到所述功率開關(guān)的電流平均值，通過所述功率開關(guān)的電流平均值來得到等效的二極管D1的平均電流值，以功率開關(guān)和二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行對(duì)所述功率開關(guān)的電流平均值和二極管D1的平均電流值進(jìn)行二次平均來得到平均充電電流。所述負(fù)反饋控制電路比較平均充電電流和參考電流，并基于比較結(jié)果輸出控制信號(hào)GP來控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得所述平均充電電流等于所述參考電流。這樣可以避免設(shè)置額外的電流電測(cè)電阻。
【專利說明】
充電電路【

【技術(shù)領(lǐng)域】
】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電源管理領(lǐng)域，特別涉及一種可以進(jìn)行充電電流檢測(cè)的充電電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]如圖1所示，其示意出了現(xiàn)有的一種充電電路100，其通過包括輸出電路110、電流采樣電路120、負(fù)反饋控制電路130.所述輸出電路110包括功率開關(guān)MP1、二極管D1、電感L1、電阻R2和電容C2。所述充電電路100通過電阻R2來檢測(cè)充電電流。這種方式需要額外的功率電阻(需要能承受較大電流和熱量)，增加了成本，且在電阻R2上消耗了額外的效率。所述電流采樣電路120采樣到電流信號(hào)ISEN，負(fù)反饋控制電路130將電流信號(hào)ISEN調(diào)整等于某個(gè)參考電流，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)充電電流的精確控制。
[0003]一般充電電路需要恒流充電控制，上述實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)充電恒流控制。一般負(fù)反饋控制電路130輸出開關(guān)信號(hào)，控制功率開關(guān)MPl的導(dǎo)通和斷路。當(dāng)GP信號(hào)為低電平時(shí)，MPl導(dǎo)通；當(dāng)GP信號(hào)為高電平時(shí)，MPl斷路。當(dāng)MPl導(dǎo)通時(shí)，對(duì)電感儲(chǔ)能，電感電流以(CHG-BAT) /L的斜率上升，其中CHG為充電器連接端的電壓，BAT為電池連接端的電壓，L為電感LI的電感值。當(dāng)MPl斷路時(shí)，電感釋放能量，電流從地節(jié)點(diǎn)經(jīng)過二極管Dl、電感L1、電阻R2流向BAT端。負(fù)反饋控制電路130—般采用固定頻率(周期也固定)的脈寬調(diào)制方式控制。如果充電電流較小時(shí)，此電路可能工作在非連續(xù)模式，即電感電流可能在一段時(shí)間內(nèi)處于零狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)周期開始時(shí)，MPl開始導(dǎo)通，當(dāng)GP信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，MPl被關(guān)斷，二極管Dl開始導(dǎo)通，直到電感電流下降到零或下一個(gè)周期開始，如果當(dāng)電感電流下降到零時(shí)，下一個(gè)周期還沒有開始，這段時(shí)間電感電流維持為零，此時(shí)MPl和Dl都不導(dǎo)通，這種情況即出現(xiàn)非連續(xù)模式。
[0004]因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案來克服上述問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種充電電路，其不需要設(shè)置額外的電流電測(cè)電阻，就可以準(zhǔn)確的進(jìn)行充電電流的檢測(cè)。
[0006]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種充電電路，其包括:輸出電路，其包括功率開關(guān)、二極管D1、輸出電感LI和輸出電感C2，功率開關(guān)的一個(gè)連接端作為充電器連接端，另一個(gè)連接端作為中間節(jié)點(diǎn)LX與所述二極管Dl的陰極相連，所述二極管Dl的陽極接地，輸出電感LI和輸出電感C2依次串聯(lián)于中間節(jié)點(diǎn)LX與地之間，輸出電感LI和輸出電感C2的連接節(jié)點(diǎn)作為電池連接端；電流采樣電路，其一個(gè)輸入端與所述中間節(jié)點(diǎn)LX相連，用于采樣流過所述功率開關(guān)的電流，并進(jìn)行平均得到所述功率開關(guān)的電流平均值，通過所述功率開關(guān)的電流平均值來得到等效的二極管Dl的平均電流值，以功率開關(guān)和二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行對(duì)所述功率開關(guān)的電流平均值和二極管Dl的平均電流值進(jìn)行二次平均來得到平均充電電流；負(fù)反饋控制電路，其比較平均充電電流和參考電流，并基于比較結(jié)果輸出控制信號(hào)GP來控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得所述平均充電電流等于所述參考電流。
[0007]進(jìn)一步的，所述電流采樣電路包括:電流感應(yīng)電路，其與所述中間節(jié)點(diǎn)LX相連，并采樣流過所述功率開關(guān)的電流得到采樣電流，連接于電流感應(yīng)電路的輸出端和地之間的電阻Rs，電流感應(yīng)電路的輸出端輸出的所述采樣電流流過所述電阻Rs產(chǎn)生電壓；第一電壓平均電路，其對(duì)輸入電壓進(jìn)行平均輸出平均電壓，連接于第一電壓平均電路的輸入端的電容C3，連接于第一電壓平均電路的輸入端和電流感應(yīng)電路的輸出端之間的第三開關(guān)S3 ;第二電壓平均電路，其對(duì)輸入電壓進(jìn)行平均輸出平均電壓；連接于第二電壓平均電路的輸入端的電容Cl,連接于第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關(guān)SI，連接于第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關(guān)S2，將第二電壓平均電路輸出的平均電壓轉(zhuǎn)換為平均充電電流的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，控制邏輯電路，在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，控制第三開關(guān)S3導(dǎo)通，在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通或者所述二極管導(dǎo)通時(shí)，控制第一開關(guān)SI導(dǎo)通，第二開關(guān)S2截止，在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)截止且所述二極管截止時(shí)，控制第一開關(guān)SI截止，第二開關(guān)S2導(dǎo)通。
[0008]進(jìn)一步的，第一電壓平均電路和第二電壓平均電路為低通濾波電路。
[0009]進(jìn)一步的，所述控制邏輯電路包括第一反相器INV1、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路，或門0R1、第二反相器INV2，第一反相器INVl的輸入端與所述負(fù)反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器INVl的輸出端與第三開關(guān)S3的控制端、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端、以及或門ORl的一個(gè)輸入端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的輸出端與或門ORl的另一個(gè)輸入端相連；或門ORl的輸出端與第一開關(guān)SI的控制端以及第二反相器INV2的輸入端相連，第二反相器INV2的輸出端與第二開關(guān)S2的控制端相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路包括儲(chǔ)能電容C4、比較器C0MP1、充電電路、放電電路、充電開關(guān)S11、放電開關(guān)S12和邏輯輸出電路，所述邏輯輸出電路的輸出端與放電開關(guān)S12的控制端相連，儲(chǔ)能電容C4連接于連接節(jié)點(diǎn)VD和地之間，所述充電電路提供充電電流，該充電電流經(jīng)過充電開關(guān)Sll流向儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD以對(duì)所述儲(chǔ)能電容C4進(jìn)行充電，該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差相關(guān)，所述放電電路提供放電電流，該放電電流經(jīng)過放電開關(guān)S12從儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD流出以對(duì)所述儲(chǔ)能電容C4進(jìn)行放電，該充電電流與電池連接端的電壓相關(guān)，在控制信號(hào)GP控制功率開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)控制充電開關(guān)Sll導(dǎo)通，以使得充電電流給連接節(jié)點(diǎn)VD充電，此時(shí)邏輯輸出電路輸出表不二極管Dl截止的信號(hào),此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制放電開關(guān)SW12截止，在控制信號(hào)GP控制功率開關(guān)MPl由導(dǎo)通跳變?yōu)榻刂箷r(shí)，控制開關(guān)Sll截止，所述邏輯輸出電路輸出表不二極管Dl導(dǎo)通的信號(hào),此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制放電開關(guān)Sff12導(dǎo)通，所述比較器COMPl比較連接節(jié)點(diǎn)VD與參考電壓VR，并在連接節(jié)點(diǎn)VD的電壓低于參考電壓VR時(shí)，輸出信號(hào)給邏輯輸出電路420使得所述邏輯輸出電路的輸出翻轉(zhuǎn)以輸出表不二極管Dl截止的信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步的，所述充電電路包括電阻Rcl和Rc2、第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路、NMOS晶體管MN2、MN3和MN4、PM0S晶體管MP41和MP42，PMOS晶體管MP41和MP42形成電流鏡，NMOS晶體管MN3和MN4形成電流鏡，PMOS晶體管MP41與NMOS晶體管MN4串聯(lián)，PMOS晶體管MP42的漏極輸出充電電流，所述放電電路包括電阻Rbl和Rb2、第三電壓電流轉(zhuǎn)換電路，NMOS晶體管麗I和麗5，其中NMOS晶體管麗1、麗2和麗5形成電流鏡，晶體管麗5提供放電電流。
[0012]進(jìn)一步的,所述二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路還包括初始復(fù)位電路,所述初始復(fù)位電路用于在充電器連接端CHG未連接充電器或使能信號(hào)為無效時(shí)將儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD的復(fù)位至參考電壓VR。
[0013]進(jìn)一步的，所述邏輯輸出電路為下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，D觸發(fā)器的輸出端Q為其輸出端，輸入端D連接充電器連接端，時(shí)鐘端CLK連接所述控制信號(hào)GP的反相信號(hào)GPB，反相信號(hào)GPB連接所述充電開關(guān)Sll的控制端，比較器COMPl的輸出端連接D觸發(fā)器的復(fù)位端Ro
[0014]進(jìn)一步的，所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路包括運(yùn)算放大器0A1、PMOS晶體管MP71、MP72、MP73、MP75、電阻R3，電阻R3、PMOS晶體管MP71、PMOS晶體管MP73串聯(lián)于充電器連接端和地之間，PMOS晶體管MP75、PMOS晶體管MP72相互串聯(lián)，PMOS晶體管MP75的柵極與PMOS晶體管MP73的柵極相連，PMOS晶體管MP72的柵極與PMOS晶體管MP71的柵極相連，PMOS晶體管MP75的源級(jí)接所述充電器連接端，所述PMOS晶體管MP72的漏極輸出轉(zhuǎn)換形成的電流。所述運(yùn)算放大器的正相輸入端接PMOS晶體管MP71的漏極，所述運(yùn)算放大器的負(fù)相輸入端接需要轉(zhuǎn)換的電壓VC1AV，其一個(gè)輸出端與PMOS晶體管MP73的柵極相連，另一個(gè)輸出端與PMOS晶體管MP71的柵極相連。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型中通過采樣流過所述功率開關(guān)的電流，并進(jìn)行平均得到所述功率開關(guān)的電流平均值，通過所述功率開關(guān)的電流平均值來得到等效的二極管Dl的平均電流值，以功率開關(guān)和二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)所述功率開關(guān)的電流平均值和二極管Dl的平均電流值進(jìn)行二次平均來得到平均充電電流，該平均充電電流就是等效的電感電流平均值，這樣避免設(shè)置額外的電流電測(cè)電阻。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0017]圖1為現(xiàn)有的一種充電電路的方框結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型中的充電電路在一個(gè)實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為圖2中的電流采樣電路在一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0020]圖4為圖3中的二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路在一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0021]圖5描述了根據(jù)本實(shí)用新型的充電電路工作在非連續(xù)模式下的電流和電壓波形示意圖；
[0022]圖6描述了根據(jù)本實(shí)用新型的充電電路工作在連續(xù)模式下的電流和電壓波形示意圖；
[0023]圖7本實(shí)用新型中的電壓電流轉(zhuǎn)換電路在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖?！尽揪唧w實(shí)施方式】】
[0024]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本實(shí)用新型至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。
[0026]本實(shí)用新型提出了一種充電電路，如圖2所示，其為本實(shí)用新型中的充電電路200在一個(gè)實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，所述充電電路200包括輸出電路210、電流采樣電路220和負(fù)反饋控制電路230。
[0027]所述輸出電路210包括功率開關(guān)MP1、二極管D1、輸出電感LI和輸出電感C2，功率開關(guān)MPl的一個(gè)連接端作為充電器連接端CHG，另一個(gè)連接端作為中間節(jié)點(diǎn)LX與所述二極管Dl的陰極相連，所述二極管Dl的陽極接地，輸出電感LI和輸出電感C2依次串聯(lián)于中間節(jié)點(diǎn)LX與地之間，輸出電感LI和輸出電感C2的連接節(jié)點(diǎn)作為電池連接端BAT。具體的，所述功率開關(guān)MPl為PMOS(P型金屬氧化半導(dǎo)體)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其源級(jí)作為充電器連接端CHG，其漏極作為中間節(jié)點(diǎn)LX。
[0028]電流采樣電路210的一個(gè)輸入端與所述中間節(jié)點(diǎn)LX相連，用于采樣流過所述功率開關(guān)MPl的電流，并進(jìn)行平均得到所述功率開關(guān)的電流平均值，通過所述功率開關(guān)的電流平均值來得到等效的二極管Dl的平均電流值，以功率開關(guān)和二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行對(duì)所述功率開關(guān)的電流平均值和二極管Dl的平均電流值進(jìn)行二次平均來得到平均充電電流I SEN,該平均充電電流ISEN就是等效的電感電流平均值。
[0029]負(fù)反饋控制電路230比較平均充電電流ISEN和參考電流IR，并基于比較結(jié)果輸出控制信號(hào)GP來控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得所述平均充電電流等于所述參考電流。具體的，當(dāng)平均充電電流ISEN大于參考電流IR時(shí)，負(fù)反饋控制電路230調(diào)整減小GP信號(hào)為低電平的時(shí)間占整個(gè)周期的比例，從而減小MPl導(dǎo)通的占空比，導(dǎo)致充電電流下降，進(jìn)一步導(dǎo)致ISEN信號(hào)減??；當(dāng)ISEN電流小于參考電流IR時(shí)，負(fù)反饋控制電路130調(diào)整增加GP信號(hào)為低電平的時(shí)間占整個(gè)周期的比例，從而增加MPl導(dǎo)通的占空比，導(dǎo)致充電電流增加，進(jìn)一步導(dǎo)致ISEN信號(hào)增加。處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，ISEN等于參考電流IR。
[0030]可以看出，本實(shí)用新型通過檢測(cè)功率開關(guān)MPl上流過的電流來得等效的電感電流平均值，即平均充電電流的值，因此不需要設(shè)置額外的電阻進(jìn)行電流檢測(cè)，這樣不需要消耗的能量。
[0031]本實(shí)用新型中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于電流采樣電路的實(shí)現(xiàn)，圖3為圖2中的電流采樣電路220在一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
[0032]所述電流采樣電路220包括電流感應(yīng)電路221、連接于電流感應(yīng)電路221的輸出端和地之間的電阻Rs、第一電壓平均電路222、連接于第一電壓平均電路的輸入端的電容C3、連接于第一電壓平均電路222的輸入端和電流感應(yīng)電路221的輸出端之間的第三開關(guān)S3、第二電壓平均電路223、連接于第二電壓平均電路的輸入端的電容Cl、連接于第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關(guān)S1、連接于第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關(guān)S2、電壓電流轉(zhuǎn)換電路224，以及與第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的控制端相連的控制邏輯電路225。
[0033]所述電流感應(yīng)電路221與所述中間節(jié)點(diǎn)LX相連，并采樣流過所述功率開關(guān)MPl的電流得到采樣電流IP，電流感應(yīng)電路221的輸出端輸出的所述采樣電流IP流過所述電阻Rs產(chǎn)生電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流感應(yīng)電路221可以包括一個(gè)與所述功率開關(guān)MPl并聯(lián)的采樣PMOS晶體管，該采樣PMOS晶體管的柵極與功率開關(guān)MPl的柵極相連，該采樣PMOS晶體管的漏極與功率開關(guān)MPl的漏極相連，該采樣PMOS晶體管的源極與功率開關(guān)MPl的源極相連，這樣該采樣PMOS晶體管流過的電流就與MPl上的流過的電流成比例，該比例被稱為采樣比例K或1/K，即IP = ImpiA.。還可以使用其他現(xiàn)有的方式來實(shí)現(xiàn)MPl的電流的采樣。
[0034]控制邏輯電路225在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)，控制第三開關(guān)SWl導(dǎo)通，在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)MPl關(guān)斷時(shí)，控制第三開關(guān)SWl關(guān)斷。這樣電容C3上的電壓VIP = IP*Rs。
[0035]第一電壓平均電路222對(duì)輸入的電壓VIP進(jìn)行平均輸出平均后的電壓VIPAV。該平均電路可以采用各種低通濾波器實(shí)現(xiàn)，例如RC濾波器，或其他各種低通有源濾波器。
[0036]控制邏輯電路225在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)MPl導(dǎo)通或者所述二極管Dl導(dǎo)通時(shí)，控制第一開關(guān)SI導(dǎo)通，第二開關(guān)S2截止，此時(shí)，第一電壓平均電路輸出的電壓VIPAV給電容Cl充電，使得VCl = VIPAV。在所述控制信號(hào)GP控制所述功率開關(guān)MPl截止且所述二極管Dl截止時(shí)，控制第一開關(guān)SI截止，第二開關(guān)S2導(dǎo)通，使得VCl為地電平。
[0037]第二電壓平均電路223對(duì)輸入的電壓VCl進(jìn)行平均以輸出平均后的電壓VCAV。該平均電路可以采用各種低通濾波器實(shí)現(xiàn)，例如RC濾波器，或其他各種低通有源濾波器。
[0038]電壓電流轉(zhuǎn)換電路224將第二電壓平均電路223輸出的平均電壓VCl轉(zhuǎn)換為平均充電電流I SEN，即等效的電感電流平均值。
[0039]下面描述詳細(xì)描述一下電流米樣電路220的工作原理。
[0040]圖5描述了根據(jù)本實(shí)用新型的充電電路200工作在非連續(xù)模式下的電流和電壓波形示意圖，其中IL/K為電感電流IL波形以1/K采樣比例采樣后的波形，IL/K波形的上升段對(duì)應(yīng)圖2中MPl導(dǎo)通時(shí)段的電感電流波形，IL/K波形的下降段對(duì)應(yīng)圖2中二極管Dl導(dǎo)通時(shí)電感電流波形，IL/K波形的水平段表示MPl和Dl都不導(dǎo)通時(shí)，電感電流為零的時(shí)間段，IL為輸出電感LI的電流。虛線VIPAV/Rs為圖3中VIPAV節(jié)點(diǎn)電壓除以Rs的波形(其中Rs為圖3中電阻Rs的電阻值)，圖3中電流感應(yīng)電路221的輸出電流IP對(duì)應(yīng)IL/K的上升段波形，其在電阻Rs上形成電壓后，由第三開關(guān)S3采樣到電容Cl上，采樣時(shí)間僅為控制信號(hào)GP為低電平的時(shí)段，即圖2中MPl開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)段，這樣經(jīng)過第一電壓平均電路222平均的效果為IL/K波形于Rs上形成電壓后在其上升時(shí)段的平均，如果IL/K為線性上升波形，所以VIPAV/Rs應(yīng)等于IL/K峰值的1/2。根據(jù)線性波形原理，電感電流波形下降段在其下降時(shí)間段平均值也應(yīng)等于其峰值的1/2，即電感電流上升段在其上升時(shí)間段的平均值應(yīng)等于電感電流波形下降段在其下降時(shí)間段平均值。所以，可以在圖2中MPl開關(guān)導(dǎo)通時(shí)段電流信號(hào)在MPl開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間段平均值模擬二極管Dl導(dǎo)通時(shí)段(即電感電流下降時(shí)間段)的電感電流平均值。VCl電壓波形的虛線部等于VIPAV電壓，VCl電壓波形底部為O。這樣平均(即經(jīng)過第二電壓平均電路223后的電壓VC1AV)可以一定比例(Rs/K)反映電感電流的平均值。然后通過電壓電流轉(zhuǎn)換電路224產(chǎn)生ISEN，如果電壓電流轉(zhuǎn)換電路224的轉(zhuǎn)化比例為Rs，與圖3中電阻Rs的電阻值相等，則可以抵消Rs的影響。
[0041]圖6描述了根據(jù)本實(shí)用新型的充電電路工作在連續(xù)模式下的電流和電壓波形示意圖。連續(xù)模式下，電感電流不會(huì)出現(xiàn)零電流狀態(tài)。圖3中采樣到的IP電流波形與圖6中IL/K波形的上升段相符，IL/K表示了電感電流IL，以1/K采樣系數(shù)采樣后的波形。與非連續(xù)模式相似，根據(jù)電感電流波形為線性上升或線性下降波形，電感電流下降時(shí)段的電流平均值可以用電感電流上升時(shí)段的電流平均值來模擬。由于電感電流波形為連續(xù)模式，圖2中MPl導(dǎo)通時(shí)(如圖3所示)和二極管Dl導(dǎo)通時(shí)，Kl導(dǎo)通，K2關(guān)斷，如圖6反映，VCl信號(hào)將一直等于VIPAV/Rs，也同樣可以固定比例(Rs/K)反映電感電流平均值。再經(jīng)過第二電壓平均電路223后VClAV與VCl保持相等，最后經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換電路224，以與Rs電阻值相等的比率轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)ISEN，則ISEN等于IL/K的平均值，其中IL為電感電流，1/K為采樣系數(shù)。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制邏輯電路225包括第一反相器INV1、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路，或門0R1、第二反相器INV2。第一反相器INVl的輸入端與所述負(fù)反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器INVl的輸出端與第三開關(guān)S3的控制端、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端、以及或門ORl的一個(gè)輸入端相連。二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的輸出端與或門ORl的另一個(gè)輸入端相連?；蜷TORl的輸出端與第一開關(guān)SI的控制端以及第二反相器INV2的輸入端相連。第二反相器INV2的輸出端與第二開關(guān)S2的控制端相連。第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3均高電平導(dǎo)通，低電平截止。在GP為低電平時(shí)，MPl導(dǎo)通，S3導(dǎo)通；在GP為高電平時(shí)，S3截止。在GP為低電平或Dl導(dǎo)通(DON為高電平時(shí))時(shí)，SI導(dǎo)通，S2截止；否則，S2導(dǎo)通，SI截止。
[0043]圖4為圖3中的二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路在一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
[0044]根據(jù)電感電流特性，功率開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)能，電感電流以(CHG-BAT)/L的速率上升，其中CHG為充電器連接端的電壓值，BAT為電池連接端的電壓值，L為電感LI的電流值；當(dāng)二極管Dl導(dǎo)通時(shí)，電感釋放能量，電感電流以BAT/L的速率下降。根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下，電感電流上升的幅度應(yīng)該等于電感電流下降的幅度，所以Tl.(CHG-BAT)/L = T2.(BAT)/L，其中Tl為MPl導(dǎo)通的時(shí)間，T2為二極管Dl導(dǎo)通的時(shí)間。由此式可得:Tl.(CHG-BAT) = T2.BAT。
[0045]所述二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路包括儲(chǔ)能電容C4、初始復(fù)位電路410、比較器C0MP1、充電電路(未標(biāo)記)、放電電路(未標(biāo)記)、充電開關(guān)S11、放電開關(guān)S12和邏輯輸出電路420。
[0046]所述邏輯輸出電路420的輸出端與放電開關(guān)S12的控制端相連。
[0047]儲(chǔ)能電容C4連接于連接節(jié)點(diǎn)VD和地之間。
[0048]所述初始復(fù)位電路410用于在充電器連接端CHG未連接充電器或使能信號(hào)為無效時(shí)將儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD的復(fù)位至參考電壓VR。
[0049]所述充電電路提供充電電流，該充電電流經(jīng)過充電開關(guān)SI I流向儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD以對(duì)所述儲(chǔ)能電容C4進(jìn)行充電。該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差VCHG-VBAT相關(guān)。
[0050]所述放電電路提供放電電流，該放電電流經(jīng)過放電開關(guān)S12從儲(chǔ)能電容C4的連接節(jié)點(diǎn)VD流出以對(duì)所述儲(chǔ)能電容C4進(jìn)行放電。該充電電流與電池連接端的電壓VBAT相關(guān)。
[0051]在圖4中，所述充電電路包括電阻Rcl和Rc2、第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路A，NMOS晶體管MN2、MN3和MN4，PMOS晶體管MP41和MP42。PMOS晶體管MP41和MP42形成電流鏡，NMOS晶體管MN3和MN4形成電流鏡，PMOS晶體管MP41與NMOS晶體管MN4串聯(lián)，PMOS晶體管MP42的漏極輸出充電電流。電阻Rcl和Rc2分壓充電器連接端CHG的電壓，第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路A將該分壓轉(zhuǎn)換成電流ICHG并注入NMOS晶體管麗3和麗2。所述放電電路包括電阻Rbl和Rb2、第三電壓電流轉(zhuǎn)換電路B，NMOS晶體管麗I和麗5，其中NMOS晶體管麗1、麗2和麗5形成電流鏡。電阻Rbl和Rb2分壓電池連接端BAT的電壓，第三電壓電流轉(zhuǎn)換電路B將該分壓轉(zhuǎn)換成電流IBAT并注入NMOS晶體管麗1，NMOS晶體管麗5提供放電電流。這樣NMOS晶體管麗3上的流過的電流等于ICHG-1BAT。
[0052]在控制信號(hào)GP控制功率開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)，控制信號(hào)GP的反相信號(hào)GPB控制充電開關(guān)Sll導(dǎo)通，以使得充電電流給連接節(jié)點(diǎn)VD充電，此時(shí)邏輯輸出電路420輸出表示二極管Dl截止的信號(hào)D0N，比如低電平，此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)DON控制放電開關(guān)SW12截止，所述充電電路提供的充電電流給連接節(jié)點(diǎn)VD充電。在控制信號(hào)GP控制功率開關(guān)MPl由導(dǎo)通跳變?yōu)榻刂箷r(shí)，控制信號(hào)GP的反相信號(hào)GPB控制充電開關(guān)Sll截止，所述邏輯輸出電路420輸出表示二極管導(dǎo)通的信號(hào)D0N，比如高電平，此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制放電開關(guān)SW12導(dǎo)通，所述放電電路提供的放電電流給連接節(jié)點(diǎn)VD放電。
[0053]所述比較器COMPl比較連接節(jié)點(diǎn)VD與參考電壓VR，并在連接節(jié)點(diǎn)VD的電壓低于參考電壓VR時(shí)，輸出信號(hào)給邏輯輸出電路420使得所述邏輯輸出電路420的輸出翻轉(zhuǎn)以輸出表示二極管Dl截止的信號(hào)D0N，此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制開關(guān)SW12截止。
[0054]在一個(gè)實(shí)施例中，所述邏輯輸出電路420為下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，D觸發(fā)器的輸出端Q為其輸出端，輸入端D連接充電器連接端，時(shí)鐘端CLK連接所述控制信號(hào)GP的反相信號(hào)GPB，反相信號(hào)GPB連接所述充電開關(guān)Sll的控制端，比較器COMPl的輸出端連接D觸發(fā)器的復(fù)位端R。
[0055]針對(duì)圖4中的二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路詳細(xì)分析如下。
[0056]充電器連接端CHG的電壓經(jīng)過電阻Re 1、Rc2分壓后的電壓為CHG.Rc2/ (Re 1+Rc2)，其中CHG為充電器連接端CHG電壓，Rcl為電阻Rcl的電阻值，Rc2為電阻Rc2的電阻值。經(jīng)過第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路，產(chǎn)生電流ICHG，假設(shè)電壓轉(zhuǎn)化電流的比率為1/RA。電池連接端BAT的電壓經(jīng)過電阻Rbl、Rb2分壓后的電壓為BAT.Rb2/(Rbl+Rb2)，其中BAT為BAT電壓，Rbl為電阻Rbl的電阻值，Rb2為電阻Rb2的電阻值。經(jīng)過第三電壓電流轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生電流IBAT，假設(shè)電壓轉(zhuǎn)化電流的比率為1/RB。一般要求Rc2/(Rcl+Rc2) = Rc2/(Rcl+Rc2)，設(shè)為 m。SP ICHG = CHG.m/RA, IBAT = BAT.m/RB。MNl 和 MN2、MN5 構(gòu)成電流鏡，MN3 和 MN4構(gòu)成電流鏡，MP41和MP42構(gòu)成電流鏡。
[0057]為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)這些電流鏡的電流鏡像比率為1:1。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)無需一定是1:1的比率。麗3的漏極電流等于ICHG電流減去麗2的漏極電流(等于麗I的漏極電流，即IBAT)，則MN3的漏極電流等于ICHG-1BAT，其中ICHG為電流ICHG的電流值，IBAT為電流IBAT的電流值。經(jīng)過MP41、MP42鏡像后，MP42的電流也等于ICHG-1BAT。當(dāng)GPB為高電平時(shí)(對(duì)應(yīng)圖2開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)間段)，充電開關(guān)SI導(dǎo)通，對(duì)儲(chǔ)能電容C4進(jìn)行充電，這段充電時(shí)間的總充電電荷等于(ICHG-1BAT).Tl，其中ICHG為ICHG電流的電流值，Tl為圖2功率開關(guān)MPl導(dǎo)通時(shí)間，IBAT為IBAT電流的電流值。GPB信號(hào)的下降沿觸發(fā)D觸發(fā)器ffdf，導(dǎo)致DON輸出高電平，此時(shí)充電開關(guān)SI斷路，放電開關(guān)S2開始導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容C4以麗5的漏極電流(等于IBAT)放電。當(dāng)儲(chǔ)能電容C4的電壓VD被放電至稍低于參考電壓VR時(shí)，比較器COMPl輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑢觸發(fā)器輸出DON復(fù)位為低電平。由此根據(jù)電荷守恒可以計(jì)算:IBAT.T2 = (ICHG-1BAT).Tl，其中IBAT為IBAT電流的電流值，T3為DON信號(hào)為高電平的時(shí)間。代入ICHG = CHG.m/RA, IBAT = BAT.m/RB,并設(shè)計(jì)RA = RB，可知:
[0058]BAT.m/RB.T2 = (CHG.m/RA-BAT.m/RB).Tl
[0059]化簡(jiǎn)可得:ΒΑΤ.Τ3 = (CHG-BAT).TI ?
[0060]根據(jù)電感能量守恒特性可知:T2.(BAT/L) = Tl.(CHG-BAT)/L，其中T2為二極管Dl (如圖2所示)的導(dǎo)通時(shí)間，L為電感LI的電感值，BAT為BAT端的電壓值，CHG為CHG端的電壓值。
[0061]根據(jù)這兩個(gè)式子可知，Τ3 = Τ2，所以可以用DON信號(hào)的高電平時(shí)間來模擬二極管Dl (如圖2所示)的導(dǎo)通時(shí)間。
[0062]圖7本實(shí)用新型中的電壓電流轉(zhuǎn)換電路224在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖，其包括運(yùn)算放大器OAU PMOS晶體管ΜΡ71、ΜΡ72、ΜΡ73、ΜΡ75、電阻R3。電阻R3、PMOS晶體管ΜΡ71、PMOS晶體管ΜΡ73串聯(lián)于充電器連接端和地之間，PMOS晶體管ΜΡ75、PMOS晶體管ΜΡ72相互串聯(lián)，PMOS晶體管ΜΡ75的柵極與PMOS晶體管ΜΡ73的柵極相連，PMOS晶體管ΜΡ72的柵極與PMOS晶體管ΜΡ71的柵極相連，PMOS晶體管ΜΡ75的源級(jí)接所述充電器連接端，所述PMOS晶體管ΜΡ72的漏極輸出轉(zhuǎn)換形成的電流。所述運(yùn)算放大器的正相輸入端接PMOS晶體管ΜΡ71的漏極，所述運(yùn)算放大器的負(fù)相輸入端接需要轉(zhuǎn)換的電壓VC1AV，其一個(gè)輸出端與PMOS晶體管ΜΡ73的柵極相連，另一個(gè)輸出端與PMOS晶體管ΜΡ71的柵極相連。
[0063]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動(dòng)均不脫離本實(shí)用新型的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實(shí)施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種充電電路，其特征在于，其包括: 輸出電路，其包括功率開關(guān)、二極管01、輸出電感11和輸出電感02，功率開關(guān)的一個(gè)連接端作為充電器連接端，另一個(gè)連接端作為中間節(jié)點(diǎn)0與所述二極管01的陰極相連，所述二極管01的陽極接地，輸出電感11和輸出電感02依次串聯(lián)于中間節(jié)點(diǎn)IX與地之間，輸出電感[1和輸出電感02的連接節(jié)點(diǎn)作為電池連接端； 電流采樣電路，其一個(gè)輸入端與所述中間節(jié)點(diǎn)IX相連，用于采樣流過所述功率開關(guān)的電流，并進(jìn)行平均得到所述功率開關(guān)的電流平均值，通過所述功率開關(guān)的電流平均值來得到等效的二極管01的平均電流值，以功率開關(guān)和二極管01的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行對(duì)所述功率開關(guān)的電流平均值和二極管01的平均電流值進(jìn)行二次平均來得到平均充電電流； 負(fù)反饋控制電路，其比較平均充電電流和參考電流，并基于比較結(jié)果輸出控制信號(hào)⑶來控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得所述平均充電電流等于所述參考電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電電路，其特征在于，所述電流采樣電路包括: 電流感應(yīng)電路，其與所述中間節(jié)點(diǎn)IX相連，并采樣流過所述功率開關(guān)的電流得到采樣電流， 連接于電流感應(yīng)電路的輸出端和地之間的電阻此，電流感應(yīng)電路的輸出端輸出的所述采樣電流流過所述電阻此產(chǎn)生電壓； 第一電壓平均電路，其對(duì)輸入電壓進(jìn)行平均輸出平均電壓， 連接于第一電壓平均電路的輸入端的電容￠3, 連接于第一電壓平均電路的輸入端和電流感應(yīng)電路的輸出端之間的第三開關(guān)33， 第二電壓平均電路，其對(duì)輸入電壓進(jìn)行平均輸出平均電壓， 連接于第二電壓平均電路的輸入端的電容01， 連接于第一電壓平均電路的輸出端和第二電壓平均電路的輸入端之間的第一開關(guān)31， 連接于第二電壓平均電路的輸入端和地之間的第二開關(guān)32，將第二電壓平均電路輸出的平均電壓轉(zhuǎn)換為平均充電電流的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，控制邏輯電路，在所述控制信號(hào)⑶控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，控制第三開關(guān)33導(dǎo)通，在所述控制信號(hào)⑶控制所述功率開關(guān)導(dǎo)通或者所述二極管導(dǎo)通時(shí)，控制第一開關(guān)51導(dǎo)通，第二開關(guān)32截止，在所述控制信號(hào)⑶控制所述功率開關(guān)截止且所述二極管截止時(shí)，控制第一開關(guān)51截止，第二開關(guān)32導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電電路，其特征在于，第一電壓平均電路和第二電壓平均電路為低通濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電電路，其特征在于， 所述控制邏輯電路包括第一反相器I附1、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路，或門081、第二反相器廁2， 第一反相器I附1的輸入端與所述負(fù)反饋控制電路的輸出端相連，第一反相器I附1的輸出端與第三開關(guān)33的控制端、二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端、以及或門0町的一個(gè)輸入端相連， 二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第二輸入端與充電器連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第三輸入端與電池連接端相連，二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的輸出端與或門0町的另一個(gè)輸入端相連； 或門0町的輸出端與第一開關(guān)31的控制端以及第二反相器I附2的輸入端相連， 第二反相器I附2的輸出端與第二開關(guān)32的控制端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電電路，其特征在于， 所述二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路包括儲(chǔ)能電容04、比較器001？1、充電電路、放電電路、充電開關(guān)311、放電開關(guān)312和邏輯輸出電路， 所述邏輯輸出電路的輸出端與放電開關(guān)312的控制端相連， 儲(chǔ)能電容(?連接于連接節(jié)點(diǎn)70和地之間， 所述充電電路提供充電電流，該充電電流經(jīng)過充電開關(guān)311流向儲(chǔ)能電容04的連接節(jié)點(diǎn)％以對(duì)所述儲(chǔ)能電容04進(jìn)行充電，該充電電流與充電器連接端和電池連接端的電壓差相關(guān)， 所述放電電路提供放電電流，該放電電流經(jīng)過放電開關(guān)312從儲(chǔ)能電容04的連接節(jié)點(diǎn)乂0流出以對(duì)所述儲(chǔ)能電容04進(jìn)行放電，該充電電流與電池連接端的電壓相關(guān)， 在控制信號(hào)⑶控制功率開關(guān)1？1導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)控制充電開關(guān)311導(dǎo)通，以使得充電電流給連接節(jié)點(diǎn)乂0充電，此時(shí)邏輯輸出電路輸出表示二極管01截止的信號(hào)，此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制放電開關(guān)3112截止， 在控制信號(hào)⑶控制功率開關(guān)1？1由導(dǎo)通跳變?yōu)榻刂箷r(shí)，控制開關(guān)311截止，所述邏輯輸出電路輸出表不二極管01導(dǎo)通的信號(hào),此時(shí)邏輯輸出電路輸出的信號(hào)控制放電開關(guān)8112導(dǎo)通， 所述比較器⑶腿^比較連接節(jié)點(diǎn)V。與參考電壓VI并在連接節(jié)點(diǎn)V。的電壓低于參考電壓抑時(shí)，輸出信號(hào)給邏輯輸出電路使得所述邏輯輸出電路的輸出翻轉(zhuǎn)以輸出表示二極管01截止的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電電路，其特征在于，所述充電電路包括電阻此1和此2、第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路、匪03晶體管麗2、麗3和麗4、？108晶體管腿^41和即42，？108晶體管即41和即42形成電流鏡，匪03晶體管麗3和麗4形成電流鏡，？108晶體管即41與匪03晶體管麗4串聯(lián)，？108晶體管即42的漏極輸出充電電流， 所述放電電路包括電阻此1和此2、第三電壓電流轉(zhuǎn)換電路，匪03晶體管麗1和麗5，其中匪03晶體管麗1、麗2和麗5形成電流鏡，晶體管麗5提供放電電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電電路，其特征在于，所述二極管導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路還包括初始復(fù)位電路，所述初始復(fù)位電路用于在充電器連接端未連接充電器或使能信號(hào)為無效時(shí)將儲(chǔ)能電容(?的連接節(jié)點(diǎn)70的復(fù)位至參考電壓VI？。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電電路，其特征在于，所述邏輯輸出電路為下降沿觸發(fā)的0觸發(fā)器，0觸發(fā)器的輸出端0為其輸出端，輸入端0連接充電器連接端，時(shí)鐘端0^連接所述控制信號(hào)⑶的反相信號(hào)⑶8，反相信號(hào)即8連接所述充電開關(guān)311的控制端，比較器001？1的輸出端連接0觸發(fā)器的復(fù)位端尺。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電電路，其特征在于，所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路包括運(yùn)算放大器0八1、？103晶體管肥71、肥72、肥73、肥75、電阻83，電阻1？3、？103晶體管肥71、？103晶體管即73串聯(lián)于充電器連接端和地之間，？108晶體管即75、？108晶體管即72相互串聯(lián)，？108晶體管即75的柵極與？103晶體管即73的柵極相連，？103晶體管即72的柵極與？103晶體管1？71的柵極相連，？103晶體管1？75的源級(jí)接所述充電器連接端，所述？103晶體管1？72的漏極輸出轉(zhuǎn)換形成的電流，所述運(yùn)算放大器的正相輸入端接？103晶體管1？71的漏極，所述運(yùn)算放大器的負(fù)相輸入端接需要轉(zhuǎn)換的電壓其一個(gè)輸出端與？103晶體管1？73的柵極相連，另一個(gè)輸出端與？103晶體管1？71的柵極相連。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK204145026SQ201420631751
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】王釗 申請(qǐng)人:無錫中星微電子有限公司